CN213510771U - 基于配气凸轮的电液式全可变气门机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于配气凸轮的电液式全可变气门机构，机构主要由凸轮、摇臂、液压柱塞、液压缸、电磁阀、发动机气门组成。利用凸轮驱动气门的开启；利用电磁阀、液压柱塞、液压缸改变摇臂的运动轨迹，从而实现气门开启和关闭时刻、气门升程的调节。本实用新型结构简单、控制灵活、适用范围广，能够有效实现气门开启和关闭正时可变、气门升程可变，能够实现气门停用和气门两次开启。本实用新型能够实现可变气门系统高响应性与高可靠性，有利于可变气门机构在发动机上的推广应用。

Description

基于配气凸轮的电液式全可变气门机构

技术领域

本实用新型涉及一种针对多缸柴油机的电液式全可变气门机构，尤其涉及一种发动机基于配气凸轮的电液式全可变气门机构。

背景技术

内燃机被广泛应用于交通运输行业，近几十年来汽车保有量的不断攀升促进了内燃机技术的发展。随着近年来各个国家对环保的重视，并且已经陆续出台了愈加严苛的汽车尾气排放法规，倒逼了内燃机排放控制技术的发展。此外，追求更高的热效率，是发动机技术发展的另一大目标。在这种背景下，传统的由固定凸轮轴驱动气门运动的配气方案已无法适应当下的要求；因此产生了多种可变气门机构。可变气门技术在内燃机设计中具有重要意义，能够带来诸多优势，如：采用可变气门技术，能够有效控制内燃机的尾气排放、降低油耗；可以改善发动机的扭矩曲线，如增加低速扭矩；可以改善汽油机的怠速稳定性、降低部分负荷的节气门损失、实现无节气门运行；能够实现先进燃烧方式，如米勒循环等；能够实现可变压缩比、可变排量等。

气门机构技术的发展从对凸轮型线的优化开始，经历了可变凸轮相位、可变凸轮型线、气门升程阶段可变等的发展过程，直到如今的全可变气门机构。可变气门技术按照是否有凸轮机构，可分为：基于凸轮的可变气门技术和无凸轮的可变气门技术；可变气门技术按照结构形式和控制方法又可分为：机电式、电液式、气动式、电磁式。采用不同技术方案的可变气门机构分别具有优点和缺点。机电式可变气门机构具有可靠性强、响应速度快的优点，具有机构复杂、摩擦损失大等的缺点；电液式可变气门机构具有结构相对简单、响应速度较快、可变自由度高的优点，具有气门运动末段速度快、造成的冲击大、液压油容易受到环境的影响以及难以适应高转速的要求等的缺点；气动式可变气门机构与电液式的结构非常相似，具有相似的优点和缺陷；电磁式可变气门机构则具有相应速度快、结构简单、能够适应高转速要求的优点，具有能耗高的缺点。

目前有关可变气门机构的创新成果中，电液式可变气门机构及其控制方法占据的比重稍大。电液式可变气门机构又可以被进一步划分为：无凸轮的电液式可变气门机构、有凸轮的电液式可变气门机构。无凸轮的电液式可变气门机构往往通过机械阀或电磁阀来控制，具有可变自由度高的优势，但是存在着气门落座速度过快和无法适应高转速要求的缺陷，往往需要通过额外的方法来对落座速度进行制约。有凸轮的电液式可变气门机构同时受到机械阀或电磁阀和配气凸轮的控制，具有气门落座速度可控的优势，但是存在着可变自由度较差的劣势。因此，创新研究能够集合无凸轮的和有凸轮的电液式可变气门机构的优势，即能够实现气门落座速度可控、并且可变自由度较高的电液式可变气门机构是非常有必要的。

发明内容

本实用新型的目的在于克服已有技术的缺点，改善气门落座速度过快的问题，提供一种能够实现气门正时、气门升程可变，并且能够实现气门两次开启的基于配气凸轮的电液式全可变气门机构的控制方法。

为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

基于配气凸轮的电液式全可变气门机构，包括摇臂，所述的摇臂的左右两端分别朝向摇臂内部开有一个豁槽，一个气门滚轮的滚轴与右侧豁槽的前后侧壁转动连接，一个液压柱塞的滚轴与左侧豁槽的前后侧壁转动连接，一个气门组件压紧气门滚轮，气门组件包括顶端与气门滚轮直接接触的气门，在气门挺杆上套有气门弹簧，所述的气门弹簧的顶部固定在气门上、底部固定在发动机缸盖上；

在所述的摇臂上开有一个沿竖直方向设置的通槽，凸轮滚轮安装在在通槽中且凸轮滚轮的滚轴与通槽的前后侧壁转动连接，各个滚轴的轴线彼此平行设置；

一个凸轮压在凸轮滚轮上，所述凸轮的凸轮包角起始点对应气门最早开启时刻，凸轮包角终点对应气门最晚关闭时刻，所述凸轮的包角角度对应于气门最早开启时刻到最晚关闭时刻所经历曲轴转角的一半，凸轮高度对应可变气门机构能够达到的最大气门升程，液压柱塞的上部与液压柱塞的滚轴固定相连，所述液压柱塞嵌套安装在液压缸的内腔，并且能够沿液压缸的内壁轴向上下移动，所述液压柱塞的底部与液压缸的内腔共同形成一个容积可变的封闭的油腔，在所述的液压缸的底壁上开有与油腔连通的油孔，油孔的另一端通过油管与三位三通电磁阀的a口相连，所述三位三通电磁阀的b口与高压油源连通，所述三位三通电磁阀的c口与低压油源连通；

与现有技术相比，本实用新型具有以下优势：

(1)该机构结构简单、零部件少，便于在原发动机上进行改造和安装；

(2)该机构利用了配气凸轮的动力，因此能耗低，并且控制容易；

(3)该机构灵活多变，能够实现气门正时、气门升程的可变，并且能够实现气门的两次开启。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施或现有技术中的技术方案，下面对该实用新型使用附图进行简要介绍，并结合附图作进一步详细的说明:

图1为本实用新型基于配气凸轮的电液式全可变气门机构的结构示意图；

图2为图1所示的机构的原理图；

图3为图1所示的机构的摇臂剖面图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本方案作进一步详细介绍。

如附图所示，本实用新型的基于配气凸轮的电液式全可变气门机构，包括起着传递动力作用的摇臂4，所述的摇臂4的左右两端分别朝向摇臂内部开有一个豁槽，一个气门滚轮5的滚轴3与右侧豁槽的前后侧壁转动连接，一个液压柱塞8的滚轴3与左侧豁槽的前后侧壁转动连接，一个气门组件压紧气门滚轮5，气门组件为现有结构，包括顶端与气门滚轮5直接接触的气门6，气门6的顶端与气门滚轮5直接接触，传递致动力。在气门挺杆上套有气门弹簧7，所述的气门弹簧7的顶部固定在气门上、底部固定在发动机缸盖上。所述气门弹簧7具有一定的预紧力，能够将气门6压紧在气门座圈(气门座圈是发动机气缸缸盖上的一个部位，不属于本机构的部分，在此不加以详述)上。

在所述的摇臂4上开有一个沿竖直方向设置的通槽，凸轮滚轮2安装在在通槽中且凸轮滚轮2的滚轴3与通槽的前后侧壁转动连接，各个滚轴的轴线彼此平行设置。

一个凸轮压在凸轮滚轮2上，所述凸轮1是发动机配气凸轮轴的一部分，发动机配气凸轮轴安装在气缸盖上，并由发动机曲轴通过正时齿轮来驱动。本实用新型中所述凸轮1的凸轮型线能够满足气门最大开启时刻与最大升程的要求；相对于普通凸轮，本实用新型中的凸轮1有更广的凸轮包角和更高的凸轮高度，其中凸轮包角起始点对应气门最早开启时刻，凸轮包角终点对应气门最晚关闭时刻。因此，所述凸轮1的包角角度对应于气门最早开启时刻到最晚关闭时刻所经历曲轴转角的一半。凸轮高度则对应可变气门机构能够达到的最大气门升程。所述凸轮1推动凸轮滚轮2向摇臂4传递致动力。

液压柱塞8的上部与液压柱塞的滚轴3固定相连，所述液压柱塞8嵌套安装在液压缸9的内腔，并且能够沿液压缸9的内壁轴向上下移动。所述液压柱塞8的底部与液压缸9的内腔共同形成一个容积可变的封闭的油腔10，在所述的液压缸9的底壁上开有与封闭的油腔10连通的油孔11，所述油腔10的容积可随着液压柱塞8的上下移动而改变。液压油仅能够通过油孔11流入和流出封闭油腔10，油孔11的另一端通过油管与三位三通电磁阀12的a口相连。所述三位三通电磁阀12的b口与高压油源13(P表示pressureport)连通，所述三位三通电磁阀12的c口与低压油源14(T表示tankport)连通，用于控制液压油的流动方向以及流动时间。所述高压油源13能够提供压力较高的液压油，所述低压油源14为液压油油压为0bar的储油箱。

气门在发动机中的位置是固定的，因此气门滚轮5应安装在气门组件上方，与之相连的摇臂4、液压柱塞8和液压缸9的安装位置也同时被确定。

本机构的控制过程如下：

(a)气门的开启与关闭：

气门完全按照凸轮型线进行开启和关闭：此时令所述三位三通电磁阀12处于完全断开状态，则所述油腔10处于封闭状态，无液压油通过油孔11进出,如图2所示,所述液压柱塞8位于初始位置，无法沿轴向运动,所述的液压柱塞的初始位置是指气门处于关闭状态、凸轮滚轮2与凸轮1的接触点处于凸轮的最小半径处，此时液压柱塞8所处的位置；因此所述摇臂4仅能绕液压柱塞8的滚轴3旋转。所述凸轮1推动凸轮滚轮2带动摇臂4绕液压柱塞8的滚轴3摆动；所述摇臂4通过气门滚轮5将致动力传递至气门6。当所述摇臂4沿顺时针方向摆动时，所述气门6克服气门弹簧7的预紧力而打开；当所述摇臂4沿逆时针方向摆动时，所述气门6在气门弹簧7的回复力下关闭。

(b)改变气门正时：

改变气门正时包括推迟气门的开启正时和提前气门的关闭正时：

(1)推迟气门的开启正时：

令所述三位三通电磁阀12的a口到c口方向连通，将所述油腔10与低压油源14连通；则所述液压柱塞8处于可沿轴向移动的状态。当所述凸轮1推动凸轮滚轮2带动摇臂4上下运动时，由于所述气门弹簧7具有一定的预紧力，而此时所述液压柱塞8的轴向运动阻尼更小，因此所述气门滚轮5的滚轴3成为摇臂4的相对固定端，所述液压柱塞8随着摇臂4绕气门滚轮5的滚轴3沿逆时针方向的摆动而向下运动，所述气门6此时仍处于关闭状态；当达到气门开启时刻时，令所述三位三通电磁阀12断开，所述油腔10处于封闭状态，则所述液压柱塞8停止运动，导致所述液压柱塞8的滚轴3成为摇臂4的固定端，此时，所述摇臂4绕液压柱塞8的滚轴3沿顺时针方向摆动时通过气门滚轮5将来自凸轮1的致动力传递至气门6，使所述气门6开启。

(2)提前气门关闭正时：

当所述气门6处于最大升程状态时，若提前关闭气门6，则令所述三位三通电磁阀12的a口到c口方向连通，使油腔10与低压油源14连通，则此时所述液压柱塞8可沿轴向运动；在该状态下，所述凸轮滚轮2的滚轴3成为摇臂的相对固定端，所述摇臂4可绕凸轮滚轮2的滚轴3旋转。在所述气门弹簧7的回复力下，气门6向上运动并逐渐关闭，推动所述摇臂4绕凸轮滚轮2的滚轴3沿逆时针方向摆动，推动所述液压柱塞8向下运动，所述油腔10内的液压油通过油孔11排出至低压油源14。通过上述步骤，能够实现气门6的提前关闭。

(c)改变气门升程：

本实用新型可以实现气门升程的可变，工作步骤如下：首先，所述液压柱塞8处于初始位置，令所述三位三通电磁阀12处于断开状态，所述油腔10处于封闭状态，该状态下所述液压柱塞8无法沿轴向运动。所述液压柱塞8的滚轴3成为摇臂4的相对固定端，气门6的运动完全受到凸轮1的控制。所述凸轮1推动凸轮滚轮2，从而带动摇臂4绕液压柱塞8的滚轴3沿顺时针方向摆动，通过所述气门滚轮5克服气门弹簧7的预紧力将气门6打开。当所述气门6到达指定气门升程后，令所述三位三通电磁阀12的a口到c口方向连通，所述油腔10中的液压油能够通过油孔11进入低压油源14，所述液压柱塞8能够沿轴向运动，此时所述凸轮滚轮2的滚轴3成为摇臂4的相对固定端，摇臂4能够绕该轴旋转。在所述气门弹簧7的回复力下，所述气门6向上运动并逐步关闭，推动所述摇臂4绕凸轮滚轮2的滚轴3沿逆时针方向摆动，推动所述液压柱塞8向下运动，直至气门6完全关闭。最终，令三位三通电磁阀12的b口到a口连通，所述高压油源13中的液压油通过油孔11进入油腔10，推动所述液压柱塞8向上运动回到初始位置完成一次工作循环。通过上述步骤，能够实现气门升程的可变。

(d)气门停用：

当发动机的运行需要调整工作气缸数或调整发动机排量时，需要采用气门停用策略来实现。工作步骤如下：令所述三位三通电磁阀12的a口到c口方向连通，使所述油腔10内的液压油通过油孔11与低压油源14连通，所述液压柱塞8能够沿轴向运动；当所述凸轮1推动凸轮滚轮2带动摇臂4上下运动时，由于所述气门弹簧7具有一定的预紧力，因此所述气门滚轮5的滚轴3成为摇臂4的相对固定端。此时，所述液压柱塞8则随着摇臂4绕气门滚轮5的滚轴3沿逆时针方向的摆动向下运动，此时所述气门6始终处于关闭状态。随着所述凸轮1不断旋转，当所述凸轮滚轮2经过凸轮1的最大凸轮高度后，所述凸轮滚轮2与凸轮1分离，所述摇臂4不再受凸轮1的驱动。通过上述步骤，能够使气门始终处于关闭状态。当需要使所述液压柱塞8回到初始位置时，将所述三位三通电磁阀12的b口到a口方向连通，使所述高压油源13中的液压油通过油孔11进入油腔10，推动所述液压柱塞8到达初始位置后，再将所述三位三通电磁阀12断开。

(e)气门两次开启：

本实用新型可以实现气门在一个冲程内的两次开启。工作步骤如下：首先，令所述液压柱塞8处于初始位置，所述三位三通电磁阀12处于完全断开状态。所述液压柱塞8的滚轴3成为所述摇臂4的固定端，所述气门6的运动受所述凸轮1的控制。当所述凸轮1推动凸轮滚轮2带动摇臂4绕液压柱塞8的滚轴3沿顺时针方向摆动时，气门滚轮5推动气门6克服气门弹簧7的预紧力而开启。当所述气门6到达指定升程后开始关闭时，令所述三位三通电磁阀12的a口到c口方向连通，则所述油腔10与低压油源14连通，所述液压柱塞8沿轴向移动，此时所述凸轮滚轮2的滚轴3成为摇臂的相对固定端，所述摇臂4可绕凸轮滚轮2的滚轴3旋转。所述气门6在气门弹簧7的回复力下向上运动而关闭，推动所述摇臂4绕凸轮滚轮2的滚轴3沿逆时针方向摆动，推动所述液压柱塞8向下运动。所述油腔10内的液压油通过油孔11进入低压油源14；当所述气门6关闭后需要开始二次开启时，令所述三位三通电磁阀12的b口到a口方向连通，所述高压油源13中的液压油通过油孔11进入油腔10，推动所述液压柱塞8向上运动，使得所述摇臂4绕凸轮滚轮2的滚轴3沿顺时针方向摆动，使得气门滚轮5推动气门6克服气门弹簧7的预紧力打开，当所述气门6二次开启后并到达指定升程处，令所述三位三通电磁阀12处于断开状态，封闭所述油腔10，使所述液压柱塞8无法继续运动，此时，所述液压柱塞8的滚轴3成为摇臂4的固定端，气门6的运动再次受到凸轮1的控制。最终在所述凸轮1的控制下，所述气门6被关闭。通过上述步骤，能够实现气门的两次开启。

尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启发下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，如气门的两次开启策略，基于本机构，利用相同的原理可以实现气门的多次开启。这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (1)

1.基于配气凸轮的电液式全可变气门机构，其特征在于：包括摇臂(4)，所述的摇臂的左右两端分别朝向摇臂内部开有一个豁槽，一个气门滚轮(5)的滚轴(3)与右侧豁槽的前后侧壁转动连接，一个液压柱塞(8)的滚轴(3)与左侧豁槽的前后侧壁转动连接，一个气门组件压紧气门滚轮，气门组件包括顶端与气门滚轮直接接触的气门(6)，在气门挺杆上套有气门弹簧(7)，所述的气门弹簧的顶部固定在气门上、底部固定在发动机缸盖上；在所述的摇臂上开有一个沿竖直方向设置的通槽，凸轮滚轮安装在通槽中且凸轮滚轮的滚轴(3)与通槽的前后侧壁转动连接，各个滚轴的轴线彼此平行设置；

一个凸轮压在凸轮滚轮上，所述凸轮(1)的凸轮包角起始点对应气门最早开启时刻，凸轮包角终点对应气门最晚关闭时刻，所述凸轮(1)的包角角度对应于气门最早开启时刻到最晚关闭时刻所经历曲轴转角的一半，凸轮高度对应可变气门机构能够达到的最大气门升程，液压柱塞的上部与液压柱塞的滚轴(3)固定相连，所述液压柱塞嵌套安装在液压缸(9)的内腔，并且能够沿液压缸(9)的内壁轴向上下移动，所述液压柱塞的底部与液压缸(9)的内腔共同形成一个容积可变的封闭的油腔(10)，在所述的液压缸(9)的底壁上开有与油腔连通的油孔(11)，油孔的另一端通过油管与三位三通电磁阀(12)的a口相连，所述三位三通电磁阀的b口与高压油源(13)连通，所述三位三通电磁阀的c口与低压油源连通。

Images